基于仿射匹配点对的多像机系统相对位姿估计方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于仿射匹配点对的多像机系统相对位姿估计方法针对多像机系统在不同预设运动状态下的相对位姿估计问题，提出了对极约束和推导出新的仿射矩阵约束，根据至少一个仿射匹配点表示对应的仿射矩阵约束和对极约束，确定系统方程中待求解未知参量的值。该方法充分利用视图之间的仿射匹配点对信息，减少了相对位姿估计所需的点对数量，在推导出新的仿射矩阵约束条件下最少只需两个仿射匹配点对即可恢复多像机系统的6DOF相对位姿；在平面运动约束下，仅需一个仿射匹配点对；在已知垂直方向的条件，仅需二个仿射匹配点对。因此本发明专利技术的方法效率高、精度高，可以有效地用于视觉里程计和三维重建等领域中的误匹配点对的剔除和初始运动估计。

【技术实现步骤摘要】
基于仿射匹配点对的多像机系统相对位姿估计方法及装置
本专利技术涉及多像机系统
，尤其是一种基于仿射匹配点对的多像机系统相对位姿估计方法及装置。
技术介绍
数十年来，同步定位和建图(SLAM)、视觉里程计(VO)和三维重建(SfM)一直是计算机视觉中活跃的研究主题。这些技术已成功应用于各类场景，例如自动驾驶和视觉导航等领域。单像机或者多像机系统的前后两视图之间的相对姿态估计是SLAM和SfM系统的重要组成部分，一直被视为SLAM和SfM系统的基础算法。因此，提高相对姿态估计算法的精度、效率和鲁棒性仍然是人们重点关注的问题。典型的多像机SLAM和SfM系统都包含以下主要步骤：首先，通过特征匹配算法来建立视图之间的图像匹配点对；然后，采用随机抽样一致(RANdomSAmpleConsensus,RANSAC)等算法剔除图像匹配点对中的误匹配点对。最后，利用图像匹配点对中的内点求解视图之间的相对位姿关系。其中误匹配点对剔除对于相对位姿估计算法的精度和鲁棒性至关重要，同时误匹配点对剔除的效率直接影响SLAM和SfM系统的实时性能。由于在相同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于仿射匹配点对的多像机系统相对位姿估计方法，其特征在于，所述方法包括：/n获取预设运动状态下多像机系统的外参数；所述外参数包括旋转量和平移量；/n确定所述多像机系统中连续帧之间的仿射匹配点表示；所述仿射匹配点表示包括：仿射匹配点对和局部仿射矩阵；/n根据所述仿射匹配点对和所述外参数，确定多像机系统对应的多像机参考坐标系中的归一化齐次图像坐标表示，根据所述归一化齐次图像坐标表示、旋转量和平移量，确定所述多像机系统中的对极约束；/n根据所述外参数，确定所述多像机系统中连续帧之间的转换矩阵，根据所述转换矩阵，确定连续帧之间的基本矩阵；/n根据所述基本矩阵，确定所述基本矩阵和所述局部仿射矩阵...

【技术特征摘要】
1.一种基于仿射匹配点对的多像机系统相对位姿估计方法，其特征在于，所述方法包括：
获取预设运动状态下多像机系统的外参数；所述外参数包括旋转量和平移量；
确定所述多像机系统中连续帧之间的仿射匹配点表示；所述仿射匹配点表示包括：仿射匹配点对和局部仿射矩阵；
根据所述仿射匹配点对和所述外参数，确定多像机系统对应的多像机参考坐标系中的归一化齐次图像坐标表示，根据所述归一化齐次图像坐标表示、旋转量和平移量，确定所述多像机系统中的对极约束；
根据所述外参数，确定所述多像机系统中连续帧之间的转换矩阵，根据所述转换矩阵，确定连续帧之间的基本矩阵；
根据所述基本矩阵，确定所述基本矩阵和所述局部仿射矩阵的关系表达式，根据所述关系表达式和所述归一化齐次图像坐标表示，确定所述局部仿射矩阵与所述对极约束的仿射矩阵约束；
确定多像机系统的系统方程；所述系统方程中包括：待求解未知参量；
根据至少一个仿射匹配点对表示对应的仿射矩阵约束和所述对极约束，确定所述系统方程中待求解未知参量的值；
根据待求解未知参量的值确定预设运动状态下的相对位姿。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述仿射匹配点对和所述外参数，确定多像机系统对应的多像机参考坐标系中的归一化齐次图像坐标表示，根据所述归一化齐次图像坐标表示、旋转量和平移量，确定所述多像机系统中的对极约束，包括：
根据所述仿射匹配点对和所述外参数，确定多像机系统对应的多像机参考坐标系中的归一化齐次图像坐标表示为：
pij＝Rixij,p’ij＝Rix’ij.(1)
式中，Pij表示连续帧中第一帧图像的归一化齐次图像坐标，P'ij表示连续帧中第二帧图像的归一化齐次图像坐标；Ri表示第i个摄像机的旋转量；xij表示连续帧中第一帧图像中的仿射匹配点，x'ij表示连续帧中第二帧图像中的仿射匹配点，xij、x'ij组成仿射匹配点对；
根据所述归一化齐次图像坐标表示、旋转量和平移量，确定所述多像机系统中的对极约束为：



式中，Iij和I'ij分别表示k和k+1时刻多像机参考坐标系中的Plücker线；t表示平移量；R表示旋转量；[t]×表示平移量t的反对称矩阵。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述外参数，确定所述多像机系统中连续帧之间的转换矩阵，根据所述转换矩阵，确定连续帧之间的基本矩阵，包括：
根据所述外参数，确定所述多像机系统中连续帧之间的转换矩阵为：



式中，(RCi,tCi)表示转换矩阵，RCi表示相机坐标系Ci在时刻k和k+1两连续帧之间的旋转量，tCi表示相机坐标系Ci在时刻k和k+1两连续帧之间的平移量；Ri表示第i个摄像机的旋转量；ti表示第i个摄像机的平移量；R表示旋转量；t表示平移量；T表示转置；
根据所述转换矩阵，确定连续帧之间的基本矩阵为：



式中，E表示基本矩阵；[RitCi]×＝R[ti]×RT+[t]×-[ti]×。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述基本矩阵，确定所述基本矩阵和所述局部仿射矩阵的关系表达式，根据所述关系表达式和所述归一化齐次图像坐标表示，确定所述局部仿射矩阵与所述对极约束的仿射矩阵约束，包括：
根据所述基本矩阵，确定所述基本矩阵和所述局部仿射矩阵的关系表达式为：



式中，()(1:2)表示方程式系统的第一和第二方程式；为一个3×3的矩阵，A表示局部仿射矩阵；
根据所述关系表达式和所述归一化齐次图像坐标表示，确定所述局部仿射矩阵与所述对极约束的仿射矩阵约束为：



式中，符号含义同公式(1)和(5)。


5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述预设运动状态为一般运动状态；
所述获取预设运动状态下多像机系统的外参数，包括：
获取预设运动状态下多像机系统的外参数，得到旋转量R和平移量t分别为：



t＝[txtytz]T(8)
式中，qx,qy,qz,tx,ty,tz表示未知参量；
所述确定多像机系统的系统方程，包括：
确定多像机系统的系统方程为：



式中，Mij表示在一般状态下系数矩阵M(qx,qy,qz的元素，i＝1～3,j＝1～4；qx,qy,qz,tx,ty,tz表示未知参量；
所述根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：关棒磊，易见为，李璋，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43